RU2414602C1

RU2414602C1 - Cylinder of medium pressure in steam turbine

Info

Publication number: RU2414602C1
Application number: RU2009130438/06A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Аркадьевич Хаимов (RU); Вячеслав Аркадьевич Хаимов; Евгений Иванович Пузырев (RU); Евгений Иванович Пузырев; Юрий Александрович Воропаев (RU); Юрий Александрович Воропаев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Энергосервис" (ООО "Энергосервис")
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-03-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: cylinder of medium pressure in steam turbine consists of case with chamber, of steam inlet connected to cavity of lower pressure via separator, of guiding mechanism of first step with working blades arranged behind it with inter-rim gap, of ferrule of stator with radial packing positioned over band of working blades secured to guiding mechanism of first step. The ferrule forms a circular cavity with case of cylinder, while with diaphragm of second step it forms an open inter-step gap communicated with circular cavity. Separate circular chambers positioned opposite the inter-rim gap of the first step are made in the ferule, opposite to an inlet edge of the working blades band of this step and over pins of the working blades between the steps of radial packing. The separate circular chambers are communicated with the circular cavity of the case by means of drain channels beneath the ferrule. Outlet sections of the drain channels are arranged in the ferrule with set-off in a sequence corresponding to the position of the circular chambers in the ferrule. To external surface of the ferrule at a back end wall there is attached a circular screen separating a part of the circular cavity of the case with the outlet sections of the drain channels from the part of the circular cavity with an open gap between the first and the second step. Additional circular chambers located opposite to packing collars of the band of the first step blades can be made in the ferrule.

EFFECT: decreased abrasive wear of over-band packing and leaks through it in first step, also increased reliability of working wheel due to reduced wear of working blade pins, thus increasing service life of cylinder of medium pressure at presence of abrasive flows in it; improved indices of efficiency and reliability of turbine at continuous operation in whole.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при проектировании и модернизации цилиндров среднего давления паровых турбин ТЭС, работающих с промежуточным перегревом пара.The invention relates to the field of power engineering and can be used in the design and modernization of medium-pressure cylinders of steam turbines of TPPs operating with intermediate steam overheating.

Известен цилиндр среднего давления паровой турбины, содержащий корпус с камерой паровпуска, направляющий аппарат первой ступени, расположенные за ним рабочие лопатки с периферийным бандажом и установленную радиально над ним обечайку статора со стороны диафрагмы второй ступени таким образом, что между обечайкой и корпусом цилиндра среднего давления образована кольцевая полость, а между обечайкой и торцем направляющего аппарата первой ступени выполнен осевой зазор. Наличие кольцевой полости, расположенной за пределами проточной части и сообщенной открытым осевым зазором с периферийной областью межвенечного зазора первой ступени способствует частичному выводу окалины (абразивного продукта), образующейся в результате разрушения оксидной пленки на внутренней стенке промежуточного перегревателя котла (Щегляев А.В. Паровые турбины, 6-е издание. - М.: Энергоатомиздат. 1993. Книга 2. 416 с., рис.10,7б).A medium-pressure cylinder for a steam turbine is known, comprising a housing with a steam inlet chamber, a first-stage guide apparatus, rotor blades located behind it with a peripheral bandage and a stator shell mounted radially above it from the side of the second-stage diaphragm in such a way that between the shell and the medium-pressure cylinder housing an annular cavity, and an axial clearance is made between the shell and the end face of the first stage guide apparatus. The presence of an annular cavity located outside the flow part and communicated by an open axial clearance with the peripheral region of the first-stage inter-venous clearance contributes to the partial withdrawal of scale (abrasive product) resulting from the destruction of the oxide film on the inner wall of the boiler’s intermediate superheater (A. Scheglyaev, Steam turbines , 6th edition. - M.: Energoatomizdat. 1993. Book 2. 416 p., Fig. 10,7b).

Недостатком известного технического решения является то, что скопление абразивного продукта в нижней части камеры паровпуска обусловливает повышенный износ направляющих лопаток в нижней половине первой ступени, кроме того, малая величина межвенечного зазора первой ступени и отсутствие отсоса из него частиц окалины приводит к интенсивному износу выходных кромок направляющих лопаток, надбандажного уплотнения и шипов рабочих лопаток первой ступени, а перемещение в результате воздействия рабочих лопаток первой ступени абразивного продукта в периферийную область на входе во вторую ступень обусловливает повреждение направляющих и рабочих лопаток второй ступени, а также ее надбандажного уплотнения.A disadvantage of the known technical solution is that the accumulation of abrasive product in the lower part of the steam inlet chamber leads to increased wear of the guide vanes in the lower half of the first stage, in addition, the small inter-crown gap of the first stage and the lack of suction of scale particles from it lead to intensive wear of the output edges of the guides blades, over-seal and spikes of the working blades of the first stage, and displacement as a result of the impact of the working blades of the first stage of the abrasive Ukta the peripheral area at the inlet to the second stage causes breakage guides and the second stage of rotor blades, as well as its nadbandazhnogo seal.

Известен цилиндр паровой турбины, содержащий корпус с камерой паровпуска, направляющий аппарат первой ступени, расположенные за ним с зазором рабочие лопатки первой ступени с периферийным бандажом, обечайку статора, размещенную радиально над бандажом рабочих лопаток первой ступени со стороны диафрагмы второй ступени с образованием между обечайкой и корпусом кольцевой полости, а между обечайкой и торцем направляющего аппарата - осевого зазора, при этом осевой зазор между направляющими и рабочими лопатками выполнен в пределах S₁=(1,5÷2,5)t₁sinα₁, где S₁ - расстояние от выходных кромок направляющих лопаток до входных кромок рабочих лопаток вдоль оси турбины, t₁ - шаг направляющих лопаток, α₁ - угол выхода парового потока из направляющего аппарата, а кольцевая полость соединена через сепаратор с полостью меньшего давления, кроме того, в нижней половине обечайки между рабочими лопатками первой ступени и направляющими лопатками диафрагмы второй ступени выполнены отверстия, сообщенные с прикрепленным к наружной поверхности обечайки коллектором, соединенным через сепаратор с полостью меньшего давления (RU 2208682, МПК F01D 1/02, опубликован 20.07.2003).A known cylinder of a steam turbine, comprising a housing with a steam inlet chamber, a first-stage guide apparatus, first-stage working vanes with a peripheral bandage located behind it with a gap, a stator shell radially above the first-stage working bandage from the second stage diaphragm with the formation between the shell and the body of the annular cavity, and between the shell and the end of the guide apparatus - the axial clearance, while the axial clearance between the guides and the blades is made within S ₁ = (1,5 ÷ 2,5) t ₁ sinα ₁ , where S ₁ is the distance from the output edges of the guide vanes to the input edges of the rotor blades along the axis of the turbine, t ₁ is the pitch of the guide vanes, α ₁ is the angle of exit of the steam flow from the guide apparatus, and the annular cavity is connected through the separator to a cavity of lower pressure in addition, in the lower half of the shell between the working blades of the first stage and the guide blades of the diaphragm of the second stage there are holes communicated with a collector attached to the outer surface of the shell connected through a separator to the floor Stu lower pressure (RU 2208682, IPC F01D 1/02, published 20.07.2003).

По совокупности признаков это известное техническое решение является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.By the totality of the features, this known technical solution is the closest to the claimed one and is taken as a prototype.

Недостатком устройства, принятого за прототип, а также причиной, препятствующей достижению желаемого технического результата при использовании упомянутого известного устройства, является то, что:The disadvantage of the device adopted for the prototype, as well as the reason that impedes the achievement of the desired technical result when using the aforementioned known device, is that:

- отбрасываемая после контакта с рабочими лопатками центробежной силой доля частиц окалины с передней кромки бандажа поступает непосредственно в открытый осевой зазор между бандажом и уплотнительным кольцом и перемещается паром в периферийное уплотнение, вызывая его повышенный износ, ухудшение экономичности первой ступени. Повышенный износ уплотнения и выступающих в него шипов рабочих лопаток, удерживающих бандаж, связан с тем, что гребни радиального уплотнения, ограничивая протечки пара, одновременно препятствуют выходу частиц окалины из уплотнения и тем самым создают условия для многократного абразивного воздействия на элементы уплотнения и их интенсивный износ;- the fraction of scale particles discarded after contact with the rotor blades by centrifugal force from the leading edge of the bandage enters directly into the open axial clearance between the bandage and the o-ring and is transferred by the steam to the peripheral seal, causing increased wear and deterioration of the economy of the first stage. Increased wear of the seal and the protruding spikes of the working blades holding the brace is associated with the fact that the ridges of the radial seal, limiting steam leakage, simultaneously prevent the exit of scale particles from the seal and thereby create conditions for repeated abrasive impact on the seal elements and their intensive wear ;

- отверстия в обечайке между рабочими лопатками первой ступени и направляющими лопатками второй ступени оказывают воздействие на абразивный поток только в местах их расположения, тогда как на основной части периметра обечайки отбрасываемый на нее рабочими лопатками абразив с высокой окружной скоростью перемещается в диафрагму второй ступени и оказывает отрицательное воздействие на направляющие и рабочие лопатки этой ступени, что подтверждается опытом эксплуатации;- holes in the casing between the working blades of the first stage and the guide blades of the second stage affect the abrasive flow only in the places where they are located, whereas on the main part of the perimeter of the shell the abrasive discarded onto it by working blades moves at a high peripheral speed into the diaphragm of the second stage and has a negative the impact on the guide and working blades of this stage, as evidenced by operating experience;

- наличие в устройстве трех продувочных контуров с сепараторами, работающих в режиме непрерывной или периодической продувки, ухудшает экономичность устройства и усложняет его эксплуатацию.- the presence in the device of three purge circuits with separators operating in the continuous or periodic purge mode, worsens the efficiency of the device and complicates its operation.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными или эквивалентными предлагаемым. При этом предложенное изобретение не вытекает явным образом из известного уровня техники и определенного заявителем.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, as well as the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a technical solution characterized by signs identical or equivalent to those proposed. However, the proposed invention does not follow explicitly from the prior art and defined by the applicant.

Определение из выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков, позволило установить в заявленном устройстве совокупность существенных отличительных признаков по отношению к рассматриваемому заявителем техническому результату, изложенную в нижеприведенной формуле изобретения.The definition of the prototype analogues identified as the closest technical solution for the totality of features made it possible to establish in the claimed device the combination of significant distinguishing features with respect to the technical result considered by the applicant, as set forth in the following claims.

Заявляемое техническое решение позволяет уменьшить в первой ступени абразивный износ надбандажного уплотнения и протечки через него, а также повысить надежность рабочего колеса за счет снижения износа шипов рабочих лопаток и тем самым увеличить ресурс цилиндра среднего давления при наличии в нем абразивных потоков, что в целом улучшает показатели экономичности и надежности турбины при длительной эксплуатации.The claimed technical solution allows to reduce in the first stage the abrasive wear of the over-retaining seal and leakage through it, as well as to increase the reliability of the impeller by reducing wear of the spikes of the blades and thereby increase the life of the medium-pressure cylinder in the presence of abrasive flows, which generally improves performance profitability and reliability of the turbine during long-term operation.

Предложен цилиндр среднего давления паровой турбины, включающий корпус с камерой паровпуска, соединенной через сепаратор с полостью меньшего давления, направляющий аппарат первой ступени с расположенными за ним с межвенечным зазором рабочими лопатками, размещенную над бандажом рабочих лопаток обечайку статора с радиальным уплотнением, прикрепленную к направляющему аппарату первой ступени и образующую с корпусом цилиндра кольцевую полость, а с диафрагмой второй ступени - открытый межступенчатый зазор, сообщенный с кольцевой полостью, при этом в обечайке выполнены раздельные кольцевые камеры, расположенные напротив межвенечного зазора первой ступени, напротив входной кромки бандажа рабочих лопаток этой ступени и над шипами рабочих лопаток между ступенями радиального уплотнения, причем, раздельные кольцевые камеры сообщены внизу обечайки дренажными каналами с кольцевой полостью корпуса, а выходные сечения дренажных каналов расположены в обечайке со смещением в последовательности, соответствующей положению кольцевых камер в обечайке, кроме того, к наружной поверхности обечайки у задней торцевой стенки прикреплен кольцевой экран, отделяющий часть кольцевой полости корпуса с выходными сечениями дренажных каналов от части кольцевой полости с открытым межступенчатым зазором между первой и второй ступенями. Также в обечайке выполнены дополнительные кольцевые камеры, расположенные напротив уплотнительных гребней бандажа рабочих лопаток первой ступени.A medium-pressure cylinder of a steam turbine is proposed, including a housing with a steam inlet chamber connected through a separator with a cavity of lower pressure, a directing apparatus of the first stage with working blades located behind it with an inter-venous gap, a stator shell with a radial seal attached to the guide apparatus placed over the band of working blades attached to the guide apparatus the first stage and forming an annular cavity with the cylinder body, and with the diaphragm of the second stage, an open interstage gap communicated with the annular cavity moreover, in the shell, separate annular chambers are made, located opposite the inter-venous gap of the first stage, opposite the input edge of the bandage of the blades of this stage and above the spikes of the blades between the stages of the radial seal, moreover, the separate annular chambers are communicated at the bottom of the shell by drainage channels with an annular body cavity, and the output sections of the drainage channels are located in the shell with an offset in the sequence corresponding to the position of the annular chambers in the shell, in addition to the outer surface On the side of the shell, an annular screen is attached at the rear end wall, separating part of the annular cavity of the housing with outlet sections of the drainage channels from the part of the annular cavity with an open interstage gap between the first and second steps. Also, additional annular chambers are located in the shell, located opposite the sealing ridges of the bandage of the working blades of the first stage.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:

На фиг.1 - общий вид устройства;Figure 1 - General view of the device;

На фиг.2 - обечайка с тремя кольцевыми камерами нижней части первой ступени;Figure 2 - shell with three annular chambers of the lower part of the first stage;

На фиг.3 - разрез А-А по фиг.2;Figure 3 is a section aa in figure 2;

На фиг.4 - вид Б по фиг.2;Figure 4 is a view B of figure 2;

На фиг.5 - обечайка с пятью кольцевыми камерами в нижней части первой ступени.Figure 5 - shell with five annular chambers in the lower part of the first stage.

Цилиндр среднего давления паровой турбины включает корпус 1 с камерой паровпуска 2, направляющий аппарат 3 первой ступени, расположенные за ним с межвенечным зазором 4 первой ступени рабочие лопатки 5 с периферийным бандажом 6, обечайку 7 с осевым 8 и радиальным уплотнением 9, расположенную радиально над бандажом 6 рабочих лопаток 5 первой ступени и образующую с корпусом 1 кольцевую полость 10, а с диафрагмой 11 второй ступени открытый межступенчатый зазор 12. Осевой зазор 4 между направляющими лопатками 13 и рабочими лопатками 5 первой ступени выполнен в пределах S₁=(1,5÷2,5)t₁sinα₁, где S₁- расстояние от выходных кромок направляющих лопаток 13 до входных кромок рабочих лопаток 5 вдоль оси турбины; t₁ - шаг направляющих лопаток; α₁ - угол выхода парового потока из направляющего аппарата 3. Внутри обечайки 7 выполнены три кольцевых камеры: первая по ходу пара в проточной части камера 14 расположена напротив межвенечного зазора 4 первой ступени, вторая камера 15 - напротив входной кромки бандажа 6 рабочих лопаток 5, третья камера 16 - над шипами рабочих лопаток между ступенями радиального периферийного уплотнения 9. Входной участок кольцевой камеры 14 выполнен охватывающим всю ширину межвенечного зазора 4. Максимальная ширина кольцевых каналов 14, 15, 16 определяется технологией крепления гребней радиального уплотнения 9 в обечайке 7 и способом крепления ее к направляющему аппарату 3 первой ступени. Кольцевые камеры 14, 15, 16 в нижней части обечайки 7 сообщены дренажными каналами 17, 18, 19 с кольцевой полостью 10 корпуса 1 цилиндра среднего давления. Дренажные каналы 17, 18, 19 (фиг.4) имеют конфигурацию, способствующую выходу абразивного продукта из кольцевых камер 14, 15, 16 в кольцевую полость 10. Конструкция дренажных каналов предусматривает их изготовление простыми технологическими приемами, например, посредством фрезерования их дисковыми фрезами (фиг.3). Выходные сечения дренажных каналов расположены на внешней поверхности обечайки 7 со смещением их в той же последовательности, в какой расположены кольцевые камеры 14, 15, 16. На наружной поверхности обечайки 7 заподлицо с ее задней торцевой стенкой установлен кольцевой экран 20, разделяющий кольцевую полость 10 на зону сброса абразивного продукта с паром из кольцевых камер 14, 15, 16 и зону возврата очищенного пара через открытый межступенчатый зазор 12 в проточную часть турбины. Кольцевая полость 10 соединена с запорным клапаном 21 сброса накопившегося абразивного продукта в дренаж и сепаратором 22 с отсечным 23, регулирующим 24 и сбросным 25 клапанами для определения интенсивности поступления частиц оксидной пленки в проточную часть турбины. Нижняя область камеры паровпуска 2 соединена с сепаратором 26, оснащенным запорным клапаном 27 сброса накопившегося абразивного продукта в дренаж и регулирующими клапанами 28, 29 постоянной дозированной продувки. Если в периферийном уплотнении первой ступени цилиндра среднего давления определяющим по величине протечки является не радиальный зазор между гребнями и стенкой, а осевой зазор между подвижными и неподвижными гребнями (гарантированно-бесконтактные уплотнения с чередующимися гребнями ротора и статора), дальнейшее повышение эффективности заявляемого устройства может быть достигнуто размещением в обечайке 7 дополнительных кольцевых камер 30, 31, расположенных напротив уплотнительных гребней бандажа 6 и работающих аналогично кольцевым камерам 14, 15, 16.The medium pressure cylinder of a steam turbine includes a housing 1 with a steam inlet chamber 2, a first-stage guide device 3, working blades 5 with an peripheral bandage 6 located behind it with an inter-crown gap 4 of the first stage, a shell 7 with an axial 8 and a radial seal 9, located radially above the bandage 6 working blades 5 of the first stage and forming an annular cavity 10 with the housing 1, and with an aperture 11 of the second stage an open interstage clearance 12. The axial clearance 4 between the guide vanes 13 and the working blades 5 of the first stage nen within S ₁ = (1,5 ÷ 2,5) t ₁ sinα ₁ wherein S ₁ - the distance from the trailing edges of vanes 13 to input the edges of rotor blades 5 along the axis of the turbine; t ₁ is the pitch of the guide vanes; α ₁ is the angle of exit of the steam flow from the guiding apparatus 3. Inside the shell 7 there are three annular chambers: the first along the steam in the flowing part of the chamber 14 is located opposite the inter-venous gap 4 of the first stage, the second chamber 15 is opposite the inlet edge of the bandage 6 of the working blades 5, the third chamber 16 is above the spikes of the working blades between the steps of the radial peripheral seal 9. The input section of the annular chamber 14 is made covering the entire width of the inter-crown gap 4. The maximum width of the annular channels 14, 15, 16 is determined by the technologist s attachment combs radial seal 9 in the shell 7 and the manner of fastening it to the guide apparatus 3 of the first stage. The annular chambers 14, 15, 16 in the lower part of the shell 7 are connected by drainage channels 17, 18, 19 with the annular cavity 10 of the housing 1 of the medium-pressure cylinder. The drainage channels 17, 18, 19 (FIG. 4) have a configuration that facilitates the exit of the abrasive product from the annular chambers 14, 15, 16 into the annular cavity 10. The design of the drainage channels provides for their production by simple technological methods, for example, by milling them with disk milling cutters ( figure 3). The output sections of the drainage channels are located on the outer surface of the shell 7 with their displacement in the same sequence as the annular chambers 14, 15, 16. The annular screen 20 is installed on the outer surface of the shell 7 flush with its rear end wall, separating the annular cavity 10 by the discharge zone of the abrasive product with steam from the annular chambers 14, 15, 16 and the return zone of purified steam through an open interstage gap 12 into the turbine flow section. The annular cavity 10 is connected to a shut-off valve 21 for dumping the accumulated abrasive product into the drain and a separator 22 with a shut-off 23, regulating 24 and a relief 25 valves to determine the intensity of the flow of particles of the oxide film into the flow part of the turbine. The lower region of the steam inlet chamber 2 is connected to a separator 26 equipped with a shut-off valve 27 for dumping the accumulated abrasive product into the drain and control valves 28, 29 for constant metered purge. If in the peripheral seal of the first stage of the medium-pressure cylinder, the leakage is determined not by the radial clearance between the ridges and the wall, but by the axial clearance between the movable and fixed ridges (guaranteed non-contact seals with alternating rotor and stator ridges), a further increase in the efficiency of the claimed device can be achieved by placing in the shell 7 additional annular chambers 30, 31 located opposite the sealing ridges of the bandage 6 and working similarly to the annular Measures 14, 15, 16.

Работа цилиндра среднего давления паровой турбины осуществляется следующим образом. При пуске энергоблока и работе под нагрузкой пар из промперегревателя котла, где происходит образование на внутренней стенке трубного пучка оксидной пленки и последующее ее разрушение, транспортирует потоки частиц окалины с высокой абразивной способностью в камеру паровпуска 2 и создает в ее нижней зоне повышенную концентрацию. Часть абразивного потока из этой зоны отводится через регулирующий клапан 28 в сепаратор 26, где паровая фаза очищается от твердых частиц и направляется в режиме постоянной дозированной продувки через регулирующий клапан 29 в полость меньшего давления, например в ближайший отбор турбины. Оставшаяся в камере паровпуска 2 доля абразивного продукта перемещается паром в направляющий аппарат 3 первой ступени, а оттуда - в межвенечный зазор 4, в периферийной части которого формируется под действием закрутки парового потока и центробежных сил зона повышенного содержания частиц. Под действием перепада давления пара на рабочих лопатках 5 высоконасыщенный абразивный поток, транспортируемый паровой протечкой, поступает в осевой зазор 8 и далее - в первую и вторую ступени радиального уплотнения 9, где происходит интенсивный износ элементов уплотнения, что ведет к увеличению протечки, следовательно, ухудшению экономичности ступени. Одновременно износу подвергаются выступающие над поверхностью бандажа 6 шипы рабочих лопаток 5, что, в конечном счете, приводит к отрыву сегментов бандажа 6 и разрушению ступени.The operation of the medium-pressure cylinder of a steam turbine is as follows. When starting up the power unit and working under load, the steam from the boiler superheater, where an oxide film is formed on the inner wall of the tube bundle and its subsequent destruction, transfers the flows of scale particles with high abrasive ability to the steam inlet chamber 2 and creates an increased concentration in its lower zone. Part of the abrasive flow from this zone is discharged through a control valve 28 to a separator 26, where the vapor phase is cleaned of solid particles and sent through a control valve 29 to a lower pressure cavity, for example, to the nearest turbine outlet, in a continuous dosed mode. The fraction of the abrasive product remaining in the steam inlet chamber 2 is transferred by steam to the directing apparatus 3 of the first stage, and from there to the inter-crown gap 4, in the peripheral part of which a zone of increased particle content is formed by the swirling of the steam flow and centrifugal forces. Under the influence of the pressure drop of steam on the blades 5, a highly saturated abrasive stream transported by steam leakage enters the axial clearance 8 and then into the first and second stages of the radial seal 9, where there is intense wear of the seal elements, which leads to an increase in leakage, therefore, deterioration profitability steps. At the same time, the spikes of the working blades 5 protruding above the surface of the bandage 6 are subjected to wear, which ultimately leads to the separation of the segments of the bandage 6 and the destruction of the stage.

Повышение экономичности и надежности первой ступени и в целом цилиндра среднего давления в условиях интенсивных абразивных нагрузок на элементы периферийного уплотнения за счет выполнения в обечайке 7 кольцевых камер 14, 15, 16 осуществляется следующим образом. В соответствии с газодинамическими процессами проточной части направляющий аппарат 3 придает закрутку паровому потоку с окружной составляющей скорости, достигающей за выходными кромками лопаток 13 в большинстве типов турбин 280÷360 м/с. В результате этой закрутки твердые частицы, имеющие плотность на два-три порядка больше плотности пара, под действием центробежных сил перемещаются из межвенечного зазора 4 в кольцевую камеру 14, входная часть которой имеет конфигурацию, способствующую максимальному отводу абразивного продукта по всей ширине зазора 4. Оказавшись в кольцевой камере 14, твердые частицы под действием центробежных сил прижимаются к цилиндрической стенке камеры и двигаются вдоль нее, уже не способные вернуться в проточную часть. При дальнейшем движении пара по межвенечному зазору 4 часть пара и увлекаемые им твердые частицы под действием перепада на рабочих лопатках поступает в осевой зазор 8 и образует протечку периферийного уплотнения 9. Чем меньше ширина δ зазора 8, тем меньше расход пара и меньше частиц будет увлечено в периферийное уплотнение 9. Однако ширина δ даже при оптимальной величине перекрыши Δ₁, равной 0,4δ, не может быть меньше осевого разбега ротора и для мощных энергетических агрегатов составляет 2,5÷3,5 мм. Так как закрутка парового потока на входе в зазор 8 сохраняется, поступившие в кольцевую камеру 15 твердые частицы будут двигаться так же, как и в кольцевой камере 14, прижимаясь к ее цилиндрической стенке. В кольцевую камеру 15 одновременно поступает поток частиц, сбрасываемых под действием центробежных сил с передней кромки бандажа 6 рабочих лопаток 5. Этот поток частиц, имея в момент отрыва от бандажа 6 окружную составляющую скорости, равную скорости бандажа (для большинства турбин - 200÷260 м/с), оказавшись в кольцевой камере 15, смешивается с другим потоком и двигается вместе с ним вдоль цилиндрической стенки камеры.Improving the efficiency and reliability of the first stage and the medium-pressure cylinder as a whole under conditions of intense abrasive loads on the elements of the peripheral seal due to the execution of annular chambers 14, 15, 16 in the shell 7 is carried out as follows. In accordance with the gas-dynamic processes of the flow part, the guiding apparatus 3 imparts a swirl to the steam stream with a peripheral velocity component reaching beyond the outlet edges of the blades 13 in most types of turbines 280–360 m / s. As a result of this swirling, solid particles having a density two to three orders of magnitude higher than the vapor density, under the action of centrifugal forces, move from the inter-venous gap 4 to the annular chamber 14, the inlet of which has a configuration that facilitates the maximum removal of the abrasive product over the entire width of the gap 4. in the annular chamber 14, solid particles under the action of centrifugal forces are pressed against the cylindrical wall of the chamber and move along it, no longer able to return to the flow part. With further movement of the steam along the inter-venous gap 4, part of the vapor and the solid particles carried away by it under the influence of the differential on the working blades enter the axial clearance 8 and form a leakage of the peripheral seal 9. The smaller the width δ of the clearance 8, the lower the steam consumption and the fewer particles will be entrained in peripheral seal 9. However, the width δ, even with the optimum value of the overlap Δ ₁ equal to 0.4δ, cannot be less than the axial take-off of the rotor and is 2.5 ÷ 3.5 mm for powerful power units. Since the swirling of the steam flow at the entrance to the gap 8 is preserved, the solid particles entering the annular chamber 15 will move in the same way as in the annular chamber 14, pressing against its cylindrical wall. In the annular chamber 15, a stream of particles discharged under the action of centrifugal forces from the leading edge of the bandage 6 of the working blades 5 simultaneously enters. This stream of particles, having at the moment of separation from the bandage 6 a peripheral velocity component equal to the bandwidth velocity (for most turbines, 200 ÷ 260 m / s), being in the annular chamber 15, mixes with another stream and moves with it along the cylindrical wall of the chamber.

Оставшаяся в паровой протечке часть твердых частиц преодолевает первую ступень радиального уплотнения 9 и оказывается в зоне между первой и второй ступенями уплотнения, где располагаются шипы рабочих лопаток 5, удерживающие на рабочем колесе бандаж 6. Для снижения их абразивного износа в обечайке 7 выполнена третья кольцевая камера 16, работающая по такому же принципу, как и две предыдущие (камеры 14 и 15). Причем в этой зоне закрутка паровой протечки и частиц остается значительной, поскольку поддерживается вращением бандажа 6. Очищенная от основной массы твердых частиц, прежде всего - крупнодисперсных, обладающих высокой абразивной способностью, паровая протечка преодолевает вторую ступень радиального уплотнения 9 и направляется через межступенчатый зазор 12 на вход диафрагмы 11 второй ступени.The part of the solid particles remaining in the steam leakage overcomes the first stage of the radial seal 9 and is in the area between the first and second stages of the seal, where the spikes of the working blades 5 are located, holding the bandage 6 on the impeller. To reduce their abrasive wear, a third annular chamber is made in the casing 7 16, working on the same principle as the two previous ones (cameras 14 and 15). Moreover, in this zone the twist of the steam leakage and particles remains significant, since it is supported by the rotation of the bandage 6. Purified from the bulk of the solid particles, primarily coarse particles with high abrasive ability, the steam leakage overcomes the second stage of the radial seal 9 and is directed through the interstage gap 12 to the entrance of the diaphragm 11 of the second stage.

Удаление абразивного продукта из кольцевых камер 14, 15, 16 в кольцевую полость 10 выполнено в нижней зоне обечайки 7 щелевыми каналами 17, 18, 19, конструкция которых учитывает особенности движения частиц в кольцевых камерах. При этом на всех щелевых каналах 17, 18, 19 устанавливается положительный перепад давления, повышающий эффективность работы устройства: частицы отводятся в щелевые каналы не только под действием инерционных сил, но и парового усилия. Для предотвращения возможности перетекания сбрасываемого потока из щелевых каналов с более высоким давлением в щелевые каналы с меньшим давлением выходные сечения каналов 17, 18, 19 в нижней части обечайки 7 смещены последовательно друг относительно друга соответственно расположению кольцевых камер 14, 15, 16 в проточной части. При такой конфигурации перетекание потока после выхода из щелевого канала в соседний щелевой канал с меньшим давлением возможно только при повороте потока на 180°, что, с одной стороны, усиливает отделение частиц от пара и сепарацию их в кольцевой полости 10, а с другой стороны, затрудняет поступление пара в соседний щелевой канал. Вероятность перетекания потока из одного щелевого канала в другой может возникнуть только на пусковых и малорасходных режимах, так как на всех режимах работы турбины под нагрузкой давление в кольцевой полости 10 ниже давления в любой из кольцевых камер 14, 15, 16.The removal of the abrasive product from the annular chambers 14, 15, 16 into the annular cavity 10 is made in the lower zone of the shell 7 by the slotted channels 17, 18, 19, the design of which takes into account the peculiarities of particle movement in the annular chambers. At the same time, a positive pressure drop is established on all slotted channels 17, 18, 19, which increases the efficiency of the device: the particles are discharged into the slotted channels not only under the action of inertial forces, but also steam force. To prevent the possibility of overflow of the discharged stream from the slotted channels with a higher pressure into the slotted channels with a lower pressure, the output sections of the channels 17, 18, 19 in the lower part of the shell 7 are offset sequentially relative to each other according to the location of the annular chambers 14, 15, 16 in the flow part. With this configuration, the flow after leaving the slot channel to the neighboring slot channel with lower pressure is possible only when the stream is rotated 180 °, which, on the one hand, enhances the separation of particles from steam and their separation in the annular cavity 10, and on the other hand, makes it difficult for steam to enter an adjacent slot channel. The probability of flow from one slot channel to another can occur only at start-up and low flow rates, since in all modes of operation of the turbine under load, the pressure in the annular cavity 10 is lower than the pressure in any of the annular chambers 14, 15, 16.

При внедрении заявляемого устройства в турбинах, подверженных интенсивному абразивному и эрозионно-абразивному износу, целесообразно учитывать следующие обстоятельства эксплуатационного и конструктивного характера. Ширину b₁, b₂, b₃ кольцевых камер 14, 15, 16 следует устанавливать наибольшей с учетом прочностных требований и технологии крепления обечайки 7 к направляющему аппарату 3, а также способа установки радиальных уплотнительных гребней в теле обечайки. Выступы и впадины на боковых поверхностях кольцевых камер не допускаются. Аналогичное условие касается задней торцевой поверхности обечайки 7 и кольцевого экрана 20.When implementing the inventive device in turbines subject to intense abrasive and erosion-abrasive wear, it is advisable to take into account the following operational and structural circumstances. The width b ₁ , b ₂ , b _{3 of the} annular chambers 14, 15, 16 should be set to the greatest, taking into account the strength requirements and the technology of fastening the shell 7 to the guide apparatus 3, as well as the method of installing radial sealing ridges in the body of the shell. The protrusions and depressions on the lateral surfaces of the annular chambers are not allowed. A similar condition applies to the rear end surface of the shell 7 and the annular screen 20.

Глубина a₁, a₂ кольцевых камер 14, 15, 16 должна быть не менее 15÷18 мм, а толщина c1, c2 их сплошной части - не менее 18÷20 мм, учитывая, что в эксплуатируемых турбинах обечайка толщиной 12÷14 мм изнашивается абразивным потоком насквозь за 60÷100 тыс.ч.The depth a ₁ , a _{2 of the} annular chambers 14, 15, 16 should be at least 15 ÷ 18 mm, and the thickness c1, c2 of their solid part should be at least 18 ÷ 20 mm, given that in operated turbines a shell with a thickness of 12 ÷ 14 mm wear out through the abrasive stream for 60 ÷ 100 thousand hours

Ширина к кольцевого экрана 20 должна быть такой, чтобы зазор между ее торцом и обводом кольцевой полости 10 составлял около 14÷16 мм для предотвращения возврата абразивного продукта из дренажных каналов 17, 18, 19 вместе с паром в проточную часть через межступенчатый зазор 12. С этой же целью общая площадь дренажных каналов 17, 18, 19 не должна превышать 1,5÷2,0% площади межступенчатого зазора 12, определяемой шириной s2. При этом скорость пара при входе в зазор 12 оказывается меньше скорости витания твердых частиц, и частицы после выхода из дренажных каналов 17, 18, 19 перемещаются вниз, аккумулируясь в нижней зоне кольцевой полости 10.The width of the annular screen 20 should be such that the gap between its end and the circumference of the annular cavity 10 is about 14 ÷ 16 mm to prevent the return of the abrasive product from the drainage channels 17, 18, 19 together with the steam into the flowing part through the interstage gap 12. C for the same purpose, the total area of the drainage channels 17, 18, 19 should not exceed 1.5 ÷ 2.0% of the area of the interstage gap 12, determined by the width s2. In this case, the steam velocity at the entrance to the gap 12 is less than the rate of movement of solid particles, and the particles after leaving the drainage channels 17, 18, 19 move downward, accumulating in the lower zone of the annular cavity 10.

Для эффективной работы дренажных каналов 17, 18, 19 кромка выхода из них абразивного потока должна быть ниже встречной кромки на величину Δ₂(например, Δ₂=4÷6 мм), а на внутреннем обводе кромки выхода - отсутствовать изломы или выступы. Выбором оптимальной величины параметров n₁, n₂, n₃дренажных каналов 17, 18, 19 целесообразно ограничить общий расход пара через них 3÷4% величины протечки периферийного уплотнения.For the drainage channels 17, 18, 19 to work efficiently, the edge of the exit of the abrasive stream from them should be lower than the oncoming edge by Δ ₂ (for example, Δ ₂ = 4 ÷ 6 mm), and there should be no kinks or protrusions on the inner contour of the exit edge. By choosing the optimal value of the parameters n ₁ , n ₂ , n _{3 of the} drainage channels 17, 18, 19, it is advisable to limit the total steam flow through them 3 ÷ 4% of the leakage of the peripheral seal.

С целью обеспечения длительной прочности обечайки 7 в условиях высоких абразивных нагрузок расстояния m1 и m2 между выходными сечениями дренажных каналов 17, 18, 19 должны быть такими, чтобы исключить перекрытие технологических выемок каналов (размер η_i).In order to ensure the long-term strength of the shell 7 under high abrasive loads, the distances m1 and m2 between the output sections of the drainage channels 17, 18, 19 should be such as to exclude overlapping of the technological recesses of the channels (size η _i ).

Очевидным преимуществом заявляемого технического решения является не только высокая эффективность удаления абразивного продукта из первой ступени и увеличение срока службы цилиндра среднего давления, но также отсутствие сепаратора с регулирующими органами и необходимости настройки его оптимального режима, поскольку отводимый из первой ступени абразивный продукт аккумулируется в объемной кольцевой полости 10 корпуса, откуда удаление частиц в дренаж может быть сокращено до нескольких раз в год, в частности, в период пусковых операций блока.The obvious advantage of the proposed technical solution is not only the high efficiency of removing the abrasive product from the first stage and the increase in the life of the medium-pressure cylinder, but also the absence of a separator with regulatory bodies and the need to adjust its optimal mode, since the abrasive product removed from the first stage is accumulated in the volume annular cavity 10 buildings, from where the removal of particles into the drainage can be reduced to several times a year, in particular, during the start-up operations block.

Claims

1. The medium-pressure cylinder of a steam turbine, including a housing with a steam inlet chamber connected through a separator with a cavity of lower pressure, a directing apparatus of the first stage with working blades located behind it with an inter-venous gap, a stator shell with a radial seal, mounted above the band of working blades, attached to the guide to the apparatus of the first stage and forming an annular cavity with the cylinder body, and with the diaphragm of the second stage - an open interstage gap communicated with the annular cavity, I distinguish in that the shell has separate annular chambers located opposite the inter-venous gap of the first stage, opposite the input edge of the bandage of the blades of this stage and above the spikes of the blades between the radial sealing steps, while the separate annular chambers are communicated at the bottom of the shell by drainage channels with an annular body cavity and the output sections of the drainage channels are located in the casing with an offset in the sequence corresponding to the position of the annular chambers in the casing, and to the outer turn In the case of a shell at the rear end wall, an annular screen is attached separating a part of the annular cavity of the housing with output sections of the drainage channels from a part of the annular cavity with an open interstage gap between the first and second steps.

2. The medium-pressure cylinder of a steam turbine according to claim 1, characterized in that additional annular chambers are located in the shell, located opposite the sealing ridges of the bandage of the working blades of the first stage.